太陽(yáng)能小屋的優(yōu)化方案設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-08-13 16:45 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 cos tan tans? ? ??? （ ） 2842 3 .4 5 s in 2365 n?? ???? ???? （ ） 式中 , tK 為大氣透明指數(shù) , 0H 為月平均日地外太陽(yáng)總輻射 , 0I 為地外太陽(yáng)輻照度 , day? 為日長(zhǎng) ,? 為地理緯度 , s? 為日落時(shí)角 ,n 為日序 . 時(shí)均太陽(yáng)直射 bI 、地面散射輻射 dI 和總輻射 hI 存在下列關(guān)系 [2][3]: ? ? / c o sd d dh h hb h d zI r HI r HI I I ??????? ??? （ ） 其中 , SN7 B2 10 c os c os c os c os si n si nz? ? ? ? ? ??? （ ） 15( 12)st? ?? （ ） c os c os24 si n c os( c os ) si n( / 3 ) si n( / 3 )sds s shdssrr a b rab???? ? ???????? ??? ??????? ? ? ??? ? ??? （ ） 式中 ,dr 、 hr 、 a 、 b 為輔助變量 ,z? 為天頂角 ,st 為太陽(yáng)時(shí) . 太陽(yáng)時(shí) st 與北京時(shí)間 t 的換算 [1]關(guān)系為 lo c4( 12 0 )st t E L? ? ? ? () 轉(zhuǎn)換時(shí)考慮了兩項(xiàng)修正 ,第一項(xiàng) E 是地球繞日公轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)動(dòng)和轉(zhuǎn)速變化而產(chǎn)生的修正 ,時(shí)差 E 以分為單位 ,可按下式計(jì)算 9 . 8 7 s i n 2 7 . 5 3 c o s 1 . 5 s i nE x x x? ? ? () 其中 ( 81)360 364nx ?? () 式中 ,n 為所求日期在一年中的日子數(shù) . （ 2）任意傾斜面上日均太陽(yáng)能輻射量的計(jì)算模型 根據(jù)天空散射輻射各向異性模型 ,任意傾斜面上日均 得熱量可按下式計(jì)算[1][4][5]. T b b d b d g r(2 c o s ) / 3 ( ) ( 1 c o s ) / 2H R H H H H? ? ?? ? ? ? ? ? () 式中 , dbT , HHH 分別為傾斜面和水平面上直射、散射日均得熱量； ? 為傾斜面傾角； gr?為地面反射率 . 傾斜面上直射光入射角按下式計(jì)算 [1][7]: c o s s in s in c o s s in c o s s in c o sc o s c o s c o s c o s c o s s in c o s c o s s inc o s s in s in s in? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?????? () 修正因子 bR 理論上可由下式計(jì)算 [1][7]: 1srsssrsssrssb )2)](c o s( c o s)s i n( s i n)([ ??????? DABCR ?????? （ ） 其中 ??????????????00 s inc o sc o ss ins ins in)c o ss inc o sc o s( s inc o s)c o ss ins inc o s( c o sc o ss ins in?????????????????????DCBA （ ） 式中 ? 為當(dāng)?shù)氐乩砭暥?； ? 為傾斜面方位角 ； ? 為太陽(yáng)的赤緯角； ss? 和 sr? 分 別為傾斜面上的日落和日出時(shí)角 ； 0? 為水平面上的日落時(shí)角 . 水平面上的日落時(shí)角和太陽(yáng)赤緯角分別由下式?jīng)Q定 ??? tantanco s 0 ?? （ ） 11 2842 3 .4 5 s in 2 365 n?? ???? ???? （ ） n 為日序 ,其 取法見(jiàn) 表 . 表 各月 代表日的日序 [1][8] 月 份 各月第 i 天日序的計(jì)算式 各月平均日* 月的日序 年的日序 ** 1 月 i 17 17 2 月 31+i 16 47 3 月 59+i 16 75 4 月 90+i 15 105 5 月 120+i 15 135 6 月 151+i 11 162 7 月 181+i 17 198 8 月 212+i 16 228 9 月 243+i 15 253 10月 273+i 15 288 11月 304+i 14 318 12月 334+i 10 344 注 :* 按某日算出大氣層外的太陽(yáng)輻射量和該月的日平均值最為接近 ,則將該日定為該月的平均日； **表中的日序沒(méi)有考慮閏年 ,對(duì)于閏年 3月份之前的 n 要加 1. 修正因子 bR 的簡(jiǎn)化和傾斜面上時(shí)角的計(jì)算 （ 1）傾斜面處于正南方向 對(duì)于傾斜面朝向正南方向放置時(shí) ,方位角 0?? , bR 可簡(jiǎn)化為下式 [9]: ?????? ???????? s i ns i ns i nc o sc o s s i n)s i n (s i nc o s)c o s ( 00 ssb ? ??????R （ ） 其中 )]t a n)t a n ((c o s,m in [ 10 ????? ???? ?s （ ） （ 2）傾斜面處于非正南方向 對(duì)于非正南方向放置的 PV面板 , 0?? ,傾斜面上的日出、日落時(shí)角視具體情況加以討論 [7][9]. (a) 當(dāng) 0?? 時(shí) ,傾斜面上的日出、日落時(shí)角可表述為 ??????????????????)]}1/()1[(c o s,m i n {)]}1/()1[(c o s,m i n {2122212110ss2122212110srEEEEEEEEEE???? （ ） (b) 當(dāng) 0?? 時(shí) ,傾斜面 上的日出、日落時(shí)角可表述為 ??????????????????)]}1/()1[(c o s,m i n {)]}1/()1[(c o s,m i n {2122212110ss2122212110srEEEEEEEEEE???? （ ） 其中 12 ?????????????])t a n( s i ns i n)( t a n[ c o st a n)( t a ns i n)t a n( s i nc o s112111???????????EE （ ） 然而 ,對(duì)于 ?0?? 或 ?0?? 時(shí) , 1E 和 2E 均為無(wú)窮大 ,出現(xiàn)奇點(diǎn) ,無(wú)法根據(jù)式 ()求出日出、日落時(shí)角 .而且方位角 ? 無(wú)論正負(fù)值 ,代入的結(jié)果的是一樣的 ,不必分別加以計(jì)算 .后來(lái) Bushell 提出了解決此問(wèn)題的方法 ,計(jì)算傾斜面上日出、日落時(shí)角公式改寫(xiě)為[10]: ???????????????????22110110|])/(s i n)/(c o s|,m i n [)]/(s i n)/(c o s,m i n [BAEEAECEAECsrss???? （ ） 根據(jù)以上的不同方位傾斜面太陽(yáng)輻射量的計(jì)算模型可以通過(guò) 0??ddHT 求解出當(dāng)方位角 ?0?? 時(shí)的最佳傾角 o34?? . 太陽(yáng)能小屋所安裝光伏電池的各面的月平均輻射量 TH 的計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)于表 表 太陽(yáng)能小屋所安裝光伏電池的各面的月平均輻射量 TH 月份 屋頂 TH (kWh/㎡天 ) 東立面 TH (kWh/㎡天 ) 南立面 TH (kWh/㎡天 ) 西立面 TH (kWh/㎡天 ) 一月 二月 三月 四月 五月 六月 七月 八月 九月 十月 十一月 十二月 對(duì)小屋頂部前傾面架空式布局光伏電池的傾角計(jì)算下 : 太陽(yáng)能小屋的頂部前傾面相對(duì)于水平面的傾角 ? ,? 為小屋的最佳傾角 , ?? 即為光伏電池安放支架與小屋頂部?jī)A斜面之間的夾角。 在上述的求解中 ,已經(jīng)得出當(dāng)方位角 ?0?? 時(shí)的最佳傾角 o34?? ,而 4 0 01 2 0 0ta n 1 ??? . 故 : ??? 即 :光伏電池安放支架與小屋頂部?jī)A斜面之間的夾角為 : . 據(jù)此 ,將光伏電池安放的支架設(shè)計(jì)如下圖 所示 . 13 圖 架空安放光伏電池的支架面 問(wèn)題 3 的解決方案設(shè)計(jì) 在太陽(yáng)能小屋的設(shè)計(jì)中 ,研究光伏電池在小屋外表面的優(yōu)化鋪設(shè)是很重要的問(wèn)題 .在問(wèn)題二中我們得出小屋屋頂?shù)淖罴褍A角為 34 度 ,在重
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